一种抗静电导热尼龙复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于有机高分子复合材料领域，尤其涉及一种抗静电导热尼龙复合材料及其制备方法。所述复合材料由以下质量份原料制成：尼龙树脂50-100份、碳纤维5-30份、膨胀石墨1-10份、高导热晶须填料5-20、偶联剂0.5-2份和抗氧剂0.5-5份，将上述材料混合并通过双螺杆挤出机高温挤出，即得碳纤维用量少，导电、导热效果好的尼龙复合材料。本发明利用石墨烯的片层结构和精细状导热填料的针状结构，相互协同构成相互连接的‘微网络’，该‘微观网络’与贯穿于复合材料的碳纤维相互连通，形成较好的导电、导热通路，起到较好的导电、导热效果，同时降低了碳纤维的用量。
【专利说明】一种抗静电导热尼龙复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机高分子复合材料领域，尤其涉及一种抗静电导热尼龙复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]尼龙树脂是性能优异、用途广泛的化工原料，由于具有无毒、质轻、耐磨、耐腐蚀及机械性能好等特性，因此广泛应用于机械、汽车、化工、仪表等工业领域中。尼龙树脂具有很高的表面电阻，在使用中由于摩擦很容易在表面积累电荷，引起静电放电，产生电火花而引起火灾。人们通常通过添加导电填料的方法来改善聚合物的电性能和导热性能，但是要赋予尼龙树脂理想的导电性能和导热性能需要填充大量的导电填料，这样会导致复合材料的成型加工性能和力学性能的大幅度下降。近年来如何解决尼龙树脂的抗静电和导热问题在闻分子复合材料领域引起了闻度关注。
[0003]碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、导电传热以及热膨胀系数小等优点。因此通过向尼龙树脂里添加碳纤维可以同时起到导电、导热和增强的作用。但是在使用碳纤维作为导电填料时，如需使聚合物具有较好的导电性必须使碳纤维之间相互连接，形成导电通路。这样碳纤维的加入量较大，会大幅度提高成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种抗静电导热尼龙复合材料及其制备方法，本发明碳纤维用量少，具有高导电、高导热性能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
一种抗静电导热尼龙复合材料，由以下质量份原料制成:尼龙树脂50-100份、碳纤维5-30份、膨胀石墨1-10份、高导热晶须填料5-20、偶联剂0.5-2份和抗氧剂0.5-5份。
[0006]所述抗静电导热尼龙复合材料，其原料优选质量份数为:尼龙树脂70-90份、碳纤维10-20份、膨胀石墨5-10份、高导热晶须填料10-20、偶联剂1_2份和抗氧剂0.5-1份。
[0007]优选的，所述的高导热晶须填料制备方法如下:取碳酸钙晶须、氧化锌晶须或氧化铝晶须中任一一种与水混合，然后加入SnCl4，调节体系的pH值为9-10，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在600-700°C煅烧3-4小时即得所述高导热晶须填料，碳酸钙晶须或氧化锌晶须或氧化铝晶须、水和SnCl4的质量配比为10:25-50:1-3.5，所述的pH调节剂为
0.lmol/L的氨水或0.lmol/L的氢氧化钠。
[0008]优选的，所述的尼龙树脂为尼龙6、尼龙66或两者的混合物。
[0009]优选的，所述偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂。
[0010]一种抗静电导热尼龙复合材料的制备方法，步骤如下:
I)按质量份分别取各原料，将尼龙树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机中；2)将双螺杆挤出机在真空度不低于0.07MPa, 175°C _275°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料。
[0011]本发明在双螺旋杆挤出机在对尼龙树脂和碳纤维进行高温挤压时，高温可使尼龙树脂在膨胀石墨中插层，在尼龙树脂中形成石墨烯纳米片层分散，而石墨烯具有优良的导电性，针状的高导热晶须填料在尼龙中分散形成导线，石墨烯起桥连结构，与高导热晶须填料相互协同，形成具有导热、导电性能的‘微网络’；‘微网络’与碳纤维的分布相互协同，起到很好的导电、导热效果，可充分降低碳纤维的用量，降低原料的制备成本。
[0012]本发明与现有技术相比，具有如下优点:利用石墨烯的片层结构和精细状导热填料的针状结构，相互协同构成相互连接的‘微网络’，该‘微观网络’与贯穿于复合材料的碳纤维相互连通，形成较好的导电、导热通路，起到较好的导电、导热效果，同时降低了碳纤维的用量。
【具体实施方式】
[0013]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]实施例1:
按质量份分别取尼龙66树脂50份、碳纤维10份、膨胀石墨10份、高导热晶须填料5份、偶联剂0.5份和抗氧剂1份；
所述的高导热晶须填料制备方法如下:取碳酸钙晶须与水混合，然后加入SnCl4，使用pH调节剂调节体系的pH值为9，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在600°C煅烧3小时即得所述高导热晶须填料，碳酸钙晶须、水和SnCl4的质量配比为10:25:1，pH调节剂为
0.lmol/L 氨水。
[0015]将尼龙66树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机中；将双螺杆挤出机在真空度0.07MPa，温度在175°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料
实施例2:
按质量份分别取尼龙66树脂50份、碳纤维5份、膨胀石墨1份、高导热晶须填料20份、偶联剂0.5份和抗氧剂0.5份；
所述的高导热晶须填料制备方法如下:取氧化锌晶须与水混合，然后加入SnCl4，使用pH调节剂调节体系的pH值为10，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在700°C煅烧4小时即得所述高导热晶须填料，氧化锌晶须、水和SnCl4的质量配比为10:25:3.5，pH调节剂为0.lmol/L氢氧化钠溶液。
[0016]将尼龙66树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出 机中；将双螺杆挤出机在真空度0.08MPa，温度在275°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料
实施例3:按质量份分别取尼龙66树脂100份、碳纤维30份、膨胀石墨5份、高导热晶须填料10份、偶联剂2份和抗氧剂2份；
所述的高导热晶须填料制备方法如下:取氧化铝晶须与水混合，然后加入SnCl4，调节体系的PH值为10，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在700°C煅烧3小时即得所述高导热晶须填料，氧化铝晶须、水和SnCl4的质量配比为10:50:3.5，pH调节剂为0.lmol/L氨水。
[0017]将尼龙66树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机中；将双螺杆挤出机在真空度0.07MPa，温度275°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料
实施例4:
按质量份分别取尼龙6树脂80份、碳纤维15份、膨胀石墨3份、高导热晶须填料15份、偶联剂1份和抗氧剂1份；
所述的高导热晶须填料制备方法如下:取氧化铝晶须与水混合，然后加入SnCl4，调节体系的PH值为10，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在600°C煅烧4小时即得所述高导热晶须填料，氧化铝晶须、水和SnCl4的质量配比为10:50:3.5，pH调节剂为0.lmol/L氨水。
[0018]将尼龙6树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机中；将双螺杆挤出机在真空度0.07MPa，温度在175°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料。
[0019]实施例5:
按质量份分别取尼龙66树脂45份、尼龙6树脂45份、碳纤维20份、膨胀石墨10份、碳酸钙基高导热晶须填料10份、偶联剂1份和抗氧剂1份；
所述的高导热晶须填料制备方法如下:取氧化锌晶须与水混合，然后加入SnCl4，调节体系的PH值为10，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在650°C煅烧3.5小时即得所述高导热晶须填料，氧化锌晶须、水和SnCl4的质量配比为10:25:1，ρΗ调节剂为0.lmol/L氨水。
[0020]将尼龙66树脂、尼龙6树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机中；将双螺杆挤出机在真空度0.07MPa，温度在175°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料。
[0021]性能测试及结果:
测试方法:表面电阻测试按ASTMD257标准执行，拉伸强度和断裂伸长率测试按ASTMD638执行标准，弯曲强度和模量测试按ASTMD790标准执行，缺口冲击强度按照ASTMD256标准执行；测试结果详见表一
表一
【权利要求】
1.一种抗静电导热尼龙复合材料，其特征在于，由以下质量份原料制成:尼龙树脂50-100份、碳纤维5-30份、膨胀石墨1-10份、高导热晶须填料5_20、偶联剂0.5-2份和抗氧剂0.5-5份。
2.如权利要求1所述的一种抗静电导热尼龙复合材料，其特征在于，由以下质量份原料制成:尼龙树脂70-90份、碳纤维10-20份、膨胀石墨5-10份、高导热晶须填料10-20、偶联剂1-2份和抗氧剂0.5-1份。
3.如权利要求1或2所述的一种抗静电导热尼龙复合材料，其特征在于，所述的高导热晶须填料制备方法如下:取碳酸钙晶须、氧化锌晶须或氧化铝晶须中任一一种与水混合，然后加入SnCl4，调节体系的pH值为9-10，在70°C反应60分钟；过滤后干燥，然后在600-700°C煅烧3-4小时即得所述高导热晶须填料，碳酸钙晶须或氧化锌晶须或氧化铝晶须、水和SnCl4的质量配比为10 =25-50:1-3.5，所述的pH调节剂为0.lmol/L的氨水或0.lmol/L的氢氧化钠。
4.如权利要求1或2所述的一种抗静电导热尼龙复合材料，其特征在于，所述的尼龙树脂为尼龙6、尼龙66或两者的混合物。
5.如权利要求1或2所述的一种抗静电导热尼龙复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂。
6.权利要求1或2所述 的一种抗静电导热尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下: 1)按质量份分别取各原料，将尼龙树脂、膨胀石墨和高导热晶须填料分别加热干燥，然后与偶联剂和抗氧剂在高速混合机内搅拌均匀后，送入双螺杆挤出机，然后将碳纤维从双螺杆挤出机的侧喂料口加入双螺杆挤出机中； 2)将双螺杆挤出机在真空度不低于0.07MPa, 175°C _275°C的条件下将混合物挤出，然后再经拉条、冷却、切粒和干燥，即得所述抗静电导热尼龙复合材料。
【文档编号】C08K9/02GK103951974SQ201410205416
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】姚大虎, 刘任晖, 刘成 申请人:平顶山华邦工程塑料有限公司